先进制造技术的发展趋势

天气

先进制造技术的发展趋势 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

在21世纪中，随着电子、信息等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。

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当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：

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1．信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用

信息化是当今社会发展的趋势，信息技术正在以人们想象不到的速度向前发展。信息技术也正在向制造技术注入和融合，促进着制造技术的的不断发展。可以说先进制造技术的形成与发展，无不与信息技术的应用与注入有关。它使制造技术的技术含量提高，使传统制造技术发生质的变化。信息技术对制造技术发展的作用目前已占第一位。在21世纪对先进制造技术的各方面发展将起着更重要的作用。

信息技术促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个制造过程的网络化、全球化。各种先进生产模式的发展，如CIMS、并行工程、精益生产、灵捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。

2．设计技术不断现代化
产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的主要发展趋势是：
（1）设计手段的计算机化
在实现了计算机计算、绘图的基础上，当前突出反映在数值仿真或虚拟现实技术在设计中的应用，以及现代产品建模理论的发展上，并且向智能化设计方向发展。
（2）新的设计思想和方法不断出现
如并行设计、面向“X”的设计（Design For X－－DFX）、健壮设计（Robust Design）、优化设计Optimal Design）、反求工程技术（Revese Engineering）等。
（3）向全寿命周期设计发展
传统的设计只限于产品设计，全寿命周期设计则由简单的、具体的、细节的设计转向复杂的总体的设计和决策，要通盘考虑包括设计、制造、检测、销售、使用、维修、报废等阶段的产品的整个生命周期。
（4）设计过程由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素
设计不只是单纯追求某项性能指标的先进和高低、而是注意考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面的影响。

3．成形及改进制造技术向精密、精确、少能耗、无污染方向发展
成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、粉末冶金等单元技术的总称。展望21世纪，成形制造技术正在从制造工件的毛坯、从接近零件形状（ Near Net Shape Proccess）向直接制成工件精密成形或称净成形（ Net Shaperoccess）的方向发展。据国际机械加工技术协会预测，到下世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。改性技术主要包括热处理及表面工程各项技术。主要发展趋势是通过各种新型精密热处理和复全处理达到零件性能精确、形状尺寸精密以及获得各种特殊性能要求的表面（涂）层，同时大大减少能耗及完全消除对环境的污染。

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4．加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展
（1）超精密加工技术

目前加工精度达到0．025μm，表面粗糙度达0．0045μm，已进入纳米级加工时代。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。
（2）超高速切削

目前铝合金超高速切削的切削速度已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金为300m/min，钛合金200m/min。超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工。
（3）新一代制造装备的发展

市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展推动着新型加工设备的研究与开发，其中典型的例子是“并联桁架式结构数控机床”（或俗称“六腿”机床）的发展。它突破了传统机床的结构方案，采用六个轴长短的变化，以实现刀具相对于工件的加工位姿的变化。

5．工艺由技艺发展为工程科学，工艺模拟技术得到迅速发展
先进制造技术的一个重要发展趋势是，工艺设计由经验判断走向定量分析，加工工艺由技艺发展为工程科学。

热加工过程的数值模拟与物理模拟是一个重要的发展方向，是使热加工工艺由技艺走向科学的重要标志。应用数值模拟于铸造、锻压、焊接、热处理等工艺设计中，并与物理模拟和专家系统相结合，来确定工艺参数，优化工艺方案，预测加工过程中可能产生的缺陷及应采取的防止措施，控制和保护加工工件的质量。采用这种科学的模拟技术并与少量的实验验证结合，以代替过去一切都要通过大量重复实验的方法，不仅可以节省大量的人和物力，而且还可以通过数值模拟来解决一些目前无法在实验室进行直接研究的复杂问题

工艺模拟也发展并应用于金属切削加工过程、产品设计过程。最新的进展是在并行工程环境下，开展虚拟成形制造，使得在产品的设计完成时，成形制造的准备工作（如铸造）也同时完成.

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6．专业、学科间的界限逐渐淡化、消失

先进制造技术的不断发展，在冷热加工之间，加工、检测、物流、装配过程之间，设计、材料应用、加工制造之间，其界限均逐渐淡化，逐步走向一体化。例如，CAD、CAPP、CAM的出现，使设计、制造成为一体；精密成形技术的发展，使热加工可能直接提供接近最终形状、尺寸的零件，它与磨削加工相结合，有可能覆盖大部分零件的加工，淡化了冷热加工的界限；快速原型／零件制造（Rapid Prototyping/Parts
Manufacturing－－RPM）技术的产生，是近20年制造领域的一个重大突破，它可以自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零件，淡化了设计、制造的界限；机器人加工工作站及FMS的出现，使加工过程、检测过程、物流过程融为一体；现代制造系统使得自动化技术与传统工艺密不可分；很多新材料的配制与成型是同时完成的，很难划清材料应用与制造技术的界限。这种趋势表现在生产上是专业车间的概念逐渐淡化，将多种不同专业的技术集成在一台设备、一条生产线、一个工段或车间里的生产方式逐渐增多。

7．绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征

日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造业显得越来越重要，它将是21世纪制造业的重要特征，与此相应，绿色制造技术也将获得快速的发展。主要体现在：
（1）绿色产品设计技术 使产品在生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求。
（2）绿色制造技术
在整个制造过程，使得对环境负面影响最小，废弃物和有害物质的排放最小，资源利用效率最高。绿色制造技术主要包含了绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三方面的内容。
（3）产品的回收和循环再制造
例如，汽车等产品的拆卸和回收技术，以及生态工厂的循环式制造技术。它主要包括生产系统工厂－－致力于产品设计和材料处理、加工及装配等阶段，恢复系统工厂－－主要对产品（材料使用）生命周期结束时的材料处理循环。

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8．虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用
虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。
虚拟制造技术将从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft
Prototype）代替传统的硬样品（Hard
Prototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。

虚拟企业是为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。虚拟企业的特点是企业的功能上的不完整、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即功能的虚拟化、组织的虚拟化、地域的虚拟化。

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9．信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展

制造业在经历了少品种小批量－－少品种大批量、－－多品种小批量生产模式的过渡后，70年代、80年代开始采用计算机集成制造系统（CIMS）进行制造的柔性生产的模式，并逐步向智能制造技术（IMT）和智能制造系统（IMS）的方向发展。精益生产（LP）、灵捷制造（AM）等先进制造模式相继出现，预计21世纪初，先进制造模式必将获得不断发展。
上述几种先进制造生产模式的进展，主要体现了以下五个转变：
1）从以技术为中心向以人为中心转变；
2）从金字塔式的多层次生产向扁平的网络结构转变；
3）从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变；
4）从按功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主管理的小组工作组织形式转变；
5）从质量第一的竞争策略向快速响市场的竞争策略转变。

heshq

老鹰,你跑到这里来编辑帖子来了,我有个帖子怎么被锁定了啊?

4 H6 x( E3 C4 r4 x& [7 d- D5 J还有现在怎么附件传输变的那么小啊.自己的帖子也不能编辑了.

zjh

长见识了！谢谢分享！

天气

也谢谢3楼参与，有关于这方面的资料或建议可以帖上来

zfan85

机械工业自主创新之路

21世纪机械修造工业技术的发展趋势，有三个鲜明的特征：
1， 传统的金属材料已不能满足现代机械配件在摩擦，磨损，润滑，抗震抗腐蚀，抗噪音等一系列的高性能要求。闪烁发光的各型复合材料，正在宇航等尖端工业发展，并点点滴滴地，向一般机械工业扩散。2005年全国科技大会上仅有的二项科技一等奖都发给了复合材料，就是一个证明。
2， 传统的修造工艺已不能满足现代机械的高精度，高速度，高效率，高效益等要求。没有工艺创新，就没有机械现代化。神州六号仅用粘结代替传统的铆接，焊接，螺栓连接，用涂层改造工作面的高分子粘结剂，即达数百公斤，就是一个例子。在中国市场上，一 台瑞士生产的沥青搅拌机价格约14,500,000元而类似规格的国产搅拌机只要7,000.000元.相差1倍。其他工程机械情况大 致相同。主要原因之一，就在于我国工程机械的故障间隔时间和大修寿命分别为国外同类先进机械的1/3和1/5~1/20，而能耗高近一倍。指标之所以低，关键就低在工艺上。
+ h, B7 X# N: M0 P" J6 o* f3， 传统的机械工业方针，已不能满足节约创新型国家的要求，以保护环境，节约能源，资源为核心的循环生产，在技术先进国家已应运而生。而在我国基本还是一片空白。工程界惊呼警惕CATERPPILAR在中国投资工程机械再制造工程，就是一个例子。
& j7 h' q/ r {- C% B5 U换句话说，中国机械工业如果再单纯地依赖技术引进，继续抱着西方的传统工业技术不撒手，前途将愈走愈狭窄。只有敢于突破来自西方的技术封锁，来自机制和领导思想的自我封锁，敢于冲击世界先进工业水平，把自主创新，提到日程上来，才能为我国机械工业，在世界上争取一席之地。
下面就铁路系统酝酿中，如何从这样的原则出发，将复合材料涂层技术立项，应用于货车修理的尝试，提供探讨。
; D" b. R- C# ]8 s[一]铁路货车工业的技术水平，可以三大指标为代表来衡量。一，高精度指标，高安全率指标。它主要反映了货车运行的质量基础，是铁路货运的灵魂。二，高摩擦磨损性能指标。它主要反映的是货车的使用寿命基础，是延长货车维修周期的决定性因素。三，高效率，低消耗指标。它主要反映的是货车工业的经济效益基础，是节约人力，材料，电力资源，减少`环境污染,缩短生产周期的关键。
3 ~% q- h2 b8 E! D& r, q发展中的复合材料涂层技术，正是这样，一项可以全面,跨越性地,提高三大指标的新技术；一项来自自主创新，有自主知识产权的新技术；一项获得美英MACHINE DESIGN，DESIGN ENGINEERING等国际知名杂志报道和推荐的新技术；一项曾通过中国铁道部鉴定批准,在蒸汽机车上推广应用，具有铁路具体实践经验，如今水平又有了进一步发展的,切实可行的新技术。一项紧跟中国国家科学发展规划，展望前途，无限光明的新技术。为了阐明这一论点，具体分析如下：
一，复合材料涂层技术的特点。
6 U: y$ w1 c4 N0 C复合材料涂层技术不同于,传统机械修造技术的两大特点是：
3 F! r7 N- m! i0 P& }% j- w1,采用现代复合材料作为摩擦副中一方的工作面，代替传统的金属~金属摩擦副。从而赋予制造，改造，修复后的零部件以优异的摩擦磨损性能。以DP系列高分子复合材料已经达到的水平为例，DP复合材料~钢摩擦副的磨损率可低到一般货车用巴氏耐磨合金的1/7。摩擦系数[代表减磨性] 为铁~钢摩擦副的1/10。不言而喻，使用寿命必然由此大幅度增长。更可贵的是，从此机械修造水平，不再是恢复机械当年制造时代的水平，不仅整旧胜新，而且是与时具进，和发展中的复合材料，纳米材料并驾齐驱。修一次好一次。复合材料还可以解决高温焊接无法解决的问题。
2,采用一步到位的涂层模压成型工艺，代替传统的，一个工作面，一个工作面地粗加工，精加工，钳工镶配[修理时还要增加焊补，热处理，调直等工序]。大量精简修造工序，和工序间往返运输和等待时间，缩短周期。同时不需要昂贵的精密机床，热处理设备投资，高技术工种。可以成批生产，修理，其效率之高，成本之低是传统工艺无法比拟的。
" s/ S6 s0 x& Y- [" a; }0 @再者，由于各工作面的，涂层工序都是在同一工装中，一次调整，同时完成的。各工作面的形状,尺寸,公差,粗糙度等标准由工装保证，全面达到互换要求。涂层操作时涂料尚接近于半流体状态，几乎可以按需要，随心所欲地，调整各个工作面间或工件间的相互组装位置，满足高水平要求。例如，同心度，接触面做到接近100%。其精度之高更非传统工艺所敢想象的。
复合材料╋涂层模压成型工艺， 构成复合材料涂层技术攀登21世纪高峰的两大武器,
二，复合材料涂层技术对货车世界水平的影响
4 f: J A1 \/ a F3 h. x( f9 Y- \0 e为了验证，利用，发扬复合材料涂层技术的高水平，不妨以引进美国专利，中美联合设计，按传统工艺材料制造，号称世界水平的K4，K5型货车转向架，现有的三大指标为例。对比如下。
1，精密度指标
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$ X; P& r; G/ M) T9 ^5 K) B0 f9 M5 Q货车的重大精度指标之一轴距指标，也就是轴与轴间平行度和距离的最大许可偏差值。轴距偏差导致列车，在相对前进的方向上，有的轮对偏左转动，有的轮对偏右转动。一列货车有上百条轮对，不但由此产生的运行阻力大，消耗的牵引能量大，或速度提不上来。而且增加了钢轨，轮缘和转向架各摩擦副的磨损。货物列车速度愈高，载重量愈大，影响就愈突出。这一点设计人员都清楚。但是，轴距偏差是从摇枕心盘到轮对，一系列另部件加工和组装误差的积累。要靠传统工艺，即使一个一个工作面地精工细做，成本高，周期长，标准却仍然提高了不多少。为什么世界水平的K5转向架的轴距设计标准仍然保持 2毫米，和其他车型一样，可能就是这个道理。如果改用机械精密化涂层技术，发挥特点2的优势，把一系列的误差，最后从承载鞍涂层上全部借正。根据实践经验，轴距达到0.1~0.2mm是不成问题的。而且工艺简单，成本低。轴距精度标准提高10~20倍，对货车运行质量和钢轨，轮对，转向架寿命影响之大，可想而知。高精度对货车和任何机械的价值来说都是普遍性的。
2，摩擦磨损性能指标。
机械物理性能试验表明，当前中国铁路系统发展的复合材料，在耐磨，减磨性能指标上已较K5转向架采用的金属材料高近7~10倍。更重要的是，不仅复合材料本身耐磨。它还可以保护其对磨件[一般是摩擦副中的重大或难以拆卸或加工修理的工件。例如，侧架和承载鞍摩擦副中的侧架]极少磨损。从而减少磨损修理的整体和主要工作量。较之传统的硬化处理，以牺牲对磨件部分寿命的条件来提高本身耐磨度的方法，当然更优越，而且更简单，成本更低。这一点已在机车高频表面硬化滑块，从报废改为用精密涂层修复的实践中证实。更受欢迎的是，同时还解决了月牙槽拉伤的惯性严重事故。
0 S9 f; T+ ^8 |, e3 I再者，根据 2004年铁路杂志发表的，关于货车故障，临修原因的统计分析，50%以上的故障临修来自精度低，摩擦磨损性能低，电焊高温应力和裂纹三大问题。复合材料涂层工艺，不存在高温问题。又能提高精度，和摩擦磨损性能。 因此，复合材料涂层技术的推广，还可以降低提高货车运行故障临修50%。例如，心盘螺栓惯性切断，严重威胁行车安全。问题就在于心盘与底座面接触不良，连接孔错位在震动中导致松动。这些多年来传统技术难以解决的问题，对精密化涂层技术来说只是举手之劳。任何创新都存在风险，验证过程中，都需要采取安全措施。完全没有必要，被“铁路安全第一” ，老虎屁股摸不得的，守旧思想所吓倒。没有措施，畏首畏尾地空谈创新的重要性，是结不出好果子来的，更不用说什么技术跨越了。
3，效率和消耗指标。
复合材料涂层技术，大幅度简化修造工艺和充分利用,挖掘另部件的潜在寿命，是货车修造获得高效率,低消耗和经济效益的基础。例如货车关键另部件之一的承载鞍，由于加工面多焊修容易变形，一般加工到限后就报废。采用机械精密化涂技术不但很容易修复，而且费用只相当于新品的1/3，寿命，性能高于新品，又能保护相对的侧架面很少磨损。仅此一项。全路50万辆货车400万个承载鞍，年直接节约检修费用即以亿计。
推行复合材料涂层技术除了铁路系统受益外，生产涂料的企业，也将是受益者之一。产量每吨估计利润在10~25万元。有工业，有机械的地方，就有复合材料涂层技术用武之地，也就有更多的企业和机械工作者从中受益的可能。当然复合材料涂技术的最大贡献，还在于提高运输效率所创造的社会效益。
' n( t/ ]: }+ u" z可见，为了创造世界货车新水平，先进的货车设计原则和复合材料涂层技术，二者相辅相成，不可缺一。在当前中国全面发展25吨轴重，120公里/小时的货车运行规范下，中国货车创新模式的理论基础之一是：
K5,k6型货车结构的设计原则╋复合材料涂层技术
挑战21世纪货车先进水平。
# u4 J) b3 G% G( [9 X0 B. K1 \复合材料涂层技术的推广,势在必行。
货车采用复合材料涂层的技术创新，在中国工程师们的努力下，已接近运行验证阶段。但来自国营企业中，国家利益与个人利益之间的矛盾，创新与守旧思想之间的矛盾，阻力依然很大。究竟是稳稳当当地保持，现在落后的安全水平和个人利益，还是努力争取更高的安全水平和社会效益？是一个急待解决的问题。
: u2 e, y3 T4 T2 b' L6 q欢迎工业企业专家们的支持，指教和合作，共同为中国机械工业的生存和发展做出贡献。

联系人： 范哲 电话 ： 86-0562-6803200
4 K$ t( c: k: X) x1 K" S黄雅薇 86-021-64865068
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liubinweichai

有见解，是自己的吗？